Structural and physicochemical characterization of starch from Korean rice cultivars for special uses

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©The Korean Society of Food Science and Technology

특수용도 쌀품종 내 전분의 구조적 및 이화학적 특성

이 슬·이은정¹·정현정*

전남대학교 식품영양과학부·생활과학연구소, ¹한국폴리텍대학 바이오식품분석과

Structural and physicochemical characterization of starch from Korean rice cultivars for special uses

Seul Lee, Eun-Jung Lee, and Hyun-Jung Chung*

Division of Food and Nutrition and Research Institute for Human Ecology, Chonnam National University

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Department of BioFood Analysis, Korea Bio Polytechnic

Abstract Molecular structure, physicochemical properties, and in vitro digestibility of starch from Korean rice cultivars for special uses (Baegjinju 1, Hanareum, Deuraechan, and Goami 4) were investigated. The starch from Baegjinju 1 had the lowest amylose content (9.7%) and Hanareum, Deuraechan, and Goami 4 had intermediate amylose (20-25%) contents.

Baegjinju 1 had a lower proportion of short amylopectin branch chains than the other rice starches. Hanareum had the lowest relative crystallinity and the highest intensity ratio of 1047 cm⁻¹/1022 cm⁻¹ among the rice starches. The starch from Goami 4 had a higher pasting temperature and lower gelatinization enthalpy than the other rice starches. Peak viscosity of rice starch from Baegjinju 1 was substantially higher than peak viscosity of other rice starches. Rice starch from Baegjinju 1 had significantly higher rapidly digestible starch content and lower resistant starch content than other rice starches, whereas there was no significant difference in resistant starch content among the rice starches.

Keywords: rice starch, special use, molecular structure, crystalline structure, in vitro digestibility

서 론

쌀(Oryzae sativa L.)은 밀과 옥수수와 함께 세계 3대 주요 곡 물 중 하나로 동남아시아를 비롯한 여러 국가에서 주식으로 이 용되고 있는 주요 에너지 공급원이다(1). 우리나라는 1970년대 이 후 산업화 시대에 따른 생활환경의 급속한 변화로 식생활의 형 태가 동물성 식품 위주의 서구화로 변화되면서 쌀 소비량이 감 소하기 시작하였다(2). 우리나라 가구 부문에서의 국민 1인당 연 간 쌀 소비량은 2010년 72.8 kg에서 2014년 65.1 kg으로 매년 감 소하는 추세인 반면, 1인당 가공용 쌀 소비량은 2010년 6.0 kg에 서 2014년 8.9 kg으로 증가하는 경향을 보이면서 가공을 통한 쌀 소비 확대의 가능성을 시사하고 있다. 쌀 소비량 문제를 해결하 기 위해 현재는 소비자의 쌀 품질에 대한 요구를 충족하기 위해 서 각계각층에서 다양한 소비정책을 내 놓고 있다(3). 쌀은 술, 떡, 국수, 과자 등 다양한 쌀가루 기반 가공제품에 활용되고 있 다. 특수용도 쌀품종은 기본 영양소 외에 품종 자체적으로 특수 성분을 함유함으로써 인체의 생리활성을 이롭게 하는 특수한 용 도의 쌀을 말하며 생리활성에 관여하는 기능성벼, 찰기가 있는 찰벼, 씨껍질에 색이 있는 유색벼, 향기가 나는 향미벼, 쌀 생산 량이 많은 다수성벼, 가축먹이로 사용하는 사료용벼, 밭에 심는

밭벼 등을 전분 특성과 가공적성 등의 특수용도에 따라 구분한다(4).

쌀은 건조중량의 약 90%가 아밀로스와 아밀로펙틴으로 구성 된 전분으로 이루어져 있으며 품종에 따라 차이가 있다. 찰벼의 전분은 주로 아밀로펙틴으로 구성되어 있으며 약 0.8-1.3%의 아 밀로스를 함유하며 찰벼를 제외한 자포니카 쌀품종 내 전분은 8- 37% 의 아밀로스와 나머지는 아밀로펙틴으로 이루어져 있다. 일 반적으로 쌀은 아밀로스 함량에 따라 waxy(1-2%), 저 아밀로스 (7-20%), 중간 아밀로스(20-25%)와 고아밀로스(25% 이상)로 분류 된다(5).

전분은 소화되는 속도에 따라 크게 3가지로 분류 할 수 있으 며, 빨리 소화되는 전분(rapidly digestible starch, RDS), 천천히 소 화되는 전분(slowly digestible starch, SDS), 소화되지 않는 전분 (resistant starch, RS) 이 있다(6). 이들 중 SDS는 소장에서 느리지 만 완전히 소화됨으로써 포만감을 오래지속 시켜주며 주로 당뇨 병과 관련하여 건강에 유익하다고 알려져 있다. 또한 RS는 소장 에서는 소화되지 않지만 대장에서 완전히 또는 부분적으로 발효 됨으로써 대장 환경에 유익한 환경을 미치며 고지혈증, 심혈관계 질환 등에도 좋은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(7).

쌀 전분의 이화학적 특성 및 소화율은 전분 내의 아밀로스 및 아밀로펙틴의 함량, 아밀로펙틴의 가지사슬 구조를 포함한 분자 및 결정 구조에 영향을 받으며 이러한 쌀 전분의 이화학적 특성 및 소화율은 쌀가공제품에 직접적으로 영향을 미치게 된다(3,8).

현재 다양한 쌀 전분의 이화학적 특성에 대한 연구가 계속 진행 되고 있으나 국내산 특수용도 쌀 품종에 대해서 전분 특성에 대 한 연구가 충분하게 진행되지 않았으며 특히 소화율과 분자 및 결정 구조 간의 상관성에 대한 연구는 거의 진행되지 않았다. 따 라서 본 연구에서는 최근에 개발된 특수용도 쌀품종인 기능성벼

*Corresponding author: Hyun-Jung Chung, Division of Food and Nutrition, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea Tel: 82-62-530-1333

Fax: 82-62-530-1339 Email: [email protected]

Received July 19, 2016; revised August 10, 2016;

accepted August 11, 2016

에 속하는 백진주1호와 고아미4호, 가공용벼에 속하는 한아름과 드래찬으로 아밀로스 함량이 다른 4종의 쌀에서 추출한 쌀전분 의 분자 및 결정 구조, 이화학적, 소화 특성들을 분석하고 이들 간의 연관성을 살펴봄으로써 향후 쌀 가공식품개발을 위한 기초 자료로 활용하고자 하였다.

재료 및 방법

실험 재료

본 실험에 사용된 4가지 쌀 품종인 백진주1호(Baegjinju 1), 한 아름(Hanareum), 드래찬(Deuraechan), 고아미4호(Goami 4)는 농촌 실용화재단(Suwon, Korea)에서 구입하였다. 쌀 시료에서 Lim 등 (9) 의 알칼리 침지법으로 전분을 분리하였다.

겉보기 아밀로스 함량(apparent amylose content)

전분의 겉보기 아밀로스 함량은 Williams 등(10)의 방법을 이 용하여 측정하였다. 전분 시료(10 mg)에 0.5 N KOH (1 mL) 용액 을 첨가하여 호화시킨 후 0.5 N 염산(HCl) 1 mL로 중화하였다.

이 전분용액 1 mL를 취하고 아이오딘 시약(0.2% I

+2% KI) 을 첨 가한 후 625 nm에서 흡광도를 측정하였다.

HPSEC-MALLS-RI를 이용한 분자량 분석

아밀로스와 아밀로펙틴의 분자량은 high performance size exclu- sion chromatography (HPSEC) 에 multi-angle laser light scattering (MALLS) 와 refractive index (RI) detector가 연결된 기기(HELEOS, Wyatt Technology Co., Santa Barbara, CA, USA) 를 이용하여 분 석하였다. Han과 Lim(11)의 방법을 이용하여 전처리한 전분 시 료(12 mg)를 0.1 N 수산화소듐(NaOH)에 분산시키고 0.1 N HCl로 중화하였다. 중화된 시료를 microwave bomb (#4872, Parr Instru- ment Co., Moline, IL, USA) 에 넣고 전자레인지(microwave oven, RE-552W, Samsung, Seoul, Korea) 에서 30초간 가열하였다. 가열 한 시료를 membrane filer (pore size: 5 μm)를 이용하여 여과한 후 기기에 주입하였다. 분석조건으로 이동상은 0.15 M NaNO

와 0.02% NaN

칼럼은 SEC column (TSK G5000 PW, 7.5 mm

×600 mm, TosoBiosep, Mongomeryville, PA, USA) 을 이용하여 분 당 0.4 mL의 속도로 RI 검출기(detector) (Waters 2414, Waters Co., Milford, MA, USA) 와 multi-angle laser light scattering (MALLS) detector 로 분석하였다.

HPAEC-PAD를 이용한 아밀로펙틴의 가지사슬길이 분석 전분 내 아밀로펙틴의 가지사슬길이 분포(branch chain length distribution) 는 high performance anion exchange chromatography- pulsed amperometric detection (HPAEC-PAD) (Dionex ICS-5000, Dionex Co., Sunnyvale, CA, USA) 을 이용하여 분석하였다. 전분 시료를 90% 다이메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO)에 분 산하고 가열한 후 분산액의 3배 부피의 에탄올을 첨가하여 시료 를 침전시켰다. 침전된 시료는 50 mM 아세트산소듐완충용액 (sodium acetate buffer, pH 3.5) 에 분산시키고 아이소아밀레이스 (isoamylase) (Cat. No E-ISAMY, Megazyme International Ltd., Wicklow, Ireland) 을 5 μL 첨가하여 20시간 동안 37

C 에서 반응시 켰다. 반응을 마친 시료는 0.45 μm의 nylon filter를 이용하여 여 과하고 HPAEC-PAD에 주입하고 분석하였다. 500 mM sodium acetate 와 150 mM NaOH을 이동상으로 하고 Dionex CarboPac PA200 칼럼(3×250 mm, Dionex Co.)을 사용하여 분당 1 mL의 속 도로 분석하였다.

X-선 회절기를 이용한 결정구조

전분의 결정구조는 X-선 회절기(X-ray diffractometer, D/Max- 1200, Rigaku Co., Tokyo, Japan) 를 이용하여 분석하였다. 기기조 건으로 target은 Cu-Ka, filter는 Ni, scanning speed는 5.0

/min, voltage 는 40 kV, current는 20 mA, 회절각도(2θ )는 3-40

이었으며 얻어진 X-선 회절곡선으로부터 상대결정성(relative crystallinity)을 계산하였다(12).

퓨리에변환 적외선분광기(FT-IR)를 이용한 표면 결정구조 전분의 표면 결정성 분석을 위하여 퓨리에변환 적외선분광기 (Fourier transform infrared spectroscopy, Digilab USQ, Randolph, MA, USA) 을 이용하였다. 전분시료의 FT-IR spectrum로부터 피크 의 해상도를 높이기 위하여 deconvolution과 basel apodization을 적용한 후 1047 cm

과 1022 cm

의 피크 높이를 측정하였고 두 피크 높이의 비율인 1047/1022을 전분 입자의 표면결정 특성으 로 분석하였다(13).

호화 특성

전분의 호화특성은 시차주사열량계(differential scanning calorim- eter, DSC 6100, Seiko Instruments Inc., Chiba, Japan) 를 이용하 여 분석하였다. 알루미늄 팬(14 μL)에 전분 (3.3 mg)과 6.6 μL 증 류수 넣고 밀봉하여 5

C/min 의 속도로 20

C 에서 150

C 까지 가열 하면서 thermogram을 얻어 분석하였다.

페이스팅점도 특성

전분의 페이스팅점도 특성은 신속점도분석기(Rapid Visco-Ana- lyzer, RVA-4D, Newport Scientific Ltd., Warriwood, Australia) 를 이용하여 측정하였다. 7% (w/v) 전분용액을 50

C 에서 1분간 유 지한 후 50-95

C 까지 6

C/min 의 속도로 가열하고 95

C 에서 5분 간 유지하고 95-50

C 까지 6

C/min 의 속도로 냉각한 후 50

C 에서 2 분간 유지하면서 페이스팅점도 특성을 살펴보았다.

In vitro 소화율

In vitro 전분 소화율은 Englyst 등(6)의 방법을 이용하여 분석 하였다. Porcine pancreatic α-amylase (P-7545, Sigma, St. Louis, MO, USA) 0.45 g 를 증류수 4 mL에 분산시키고 원심분리(1,500×g, 12 분)한 후 2.7 mL의 상층액을 분리하고 0.3 mL 아밀로글루코시 데이스(amyloglucosidase) (A-9913, Sigma)를 첨가하여 혼합효소를 만들었다. 전분시료 100 mg에 4 mL의 아세트산소듐완충용액(sodium acetate buffer, pH 5.2) 를 혼합한 후 미리 제조한 혼합효소 1 mL 와 15개의 유리구슬(4 mm 지름)을 첨가하였고 일정한 속도에서 교반(170 rpm)하면서 반응하였다. 일정한 시간(0-180분)동안 반응 시킨 시료(0.1 mL)를 취하여 80% 에탄올 용액 속에 혼합한 후 포도당(glucose) 함량은 포도당분석키트(glucose assay kit) (GAGO- 20, Sigma) 를 이용하여 분석하였다. 20분 내에 분해된 전분함량 을 RDS, 20분과 120분 사이에 분해된 전분함량을 SDS, 120분 동안 분해되지 않는 전분함량을 RS로 분석하였다.

통계분석

모든 실험은 최소 2회 이상을 실시하여 평균과 표준편차로 나

타냈고 통계 분석은 SPSS (SPSS Institute Inc., Chicago, IL,

USA) 를 이용하여 ANOVA 분석을 통해 각 처리군 간의 유의성

을 확인한 후, Duncan의 다중비교로 95% 신뢰수준에서 실시하

였다. 구조적, 물리화학적 특성의 상관성을 분석하기 위하여 실

험을 통해 얻어진 결과값으로 부터 SPSS를 이용하여 Pearson

correlation coefficients 를 95%와 99% 신뢰수준에서 구하였다.

결과 및 고찰

겉보기 아밀로스 함량

특수용도 쌀 품종에서 추출한 전분의 겉보기 아밀로스 함량은 Table 1 에 나타내었다. 백진주1호의 아밀로스 함량은 9.7%로 저 아밀로스 타입에 속하며 메벼와 찰벼의 중간 아밀로스 함량을 가 지고 있음을 알 수 있었다. 나머지 한아름, 드래찬, 고아미4호 품 종은 각각 20.2, 21.1, 22.4%로 중간 아밀로스 타입으로 분류할 수 있었다. 고아미4호는 아밀로스 함량이 25% 이상인 고아밀로 스 품종으로 보고되고 있으나(14) 본 연구에 사용된 고아미4호의 재배환경의 차이에 의해 아밀로스함량이 다소 낮은 것으로 생각 된다. 아밀로스 함량은 전분의 특성을 결정하는데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며 전분의 호화 및 노화 특성, 리올로지 특성, 젤 특성 등에 영향을 미친다고 보고되었다(15).

분자 구조적 특성

쌀전분의 아밀로스와 아밀로펙틴의 평균분자량은 Table 1에 나 타내었다. 아밀로스의 평균분자량은 4가지 쌀품종간에 유의적인

차이는 없었다. 아밀로펙틴의 평균분자량은 1.0-8.0×10

g/mol 의 범위를 가진다고 보고되고 있다(16). 본 연구에서는 4가지 쌀 품 종 내 전분의 아밀로펙틴의 평균분자량은 8.7-16.4×10

g/mol 의 범 위를 나타내어 다소 낮은 결과를 보였다. 백진주1호의 아밀로펙 틴 평균분자량은 다른 3가지 품종에 대해 낮은 결과를 보였다 (Table 1). Pantindol 등 (17)은 평균분자량이 RVA에 의한 호화 지 표와도 상관성이 있다고 보고하였으며 쌀품종들의 평균분자량 차 이는 이화학적 특성에 영향을 줄 것으로 생각된다.

HPAEC-PAD 를 이용하여 4가지 쌀품종으로 부터 분리한 쌀전 분의 아밀로펙틴 사슬길이분포를 분석하였으며 크로마토그램을 Fig. 1 에 나타내었다. 모든 시료에서 DP 11 또는 12와 DP 43에 서 피크를 나타냈다. 한아름이 다른 시료에 비해 DP 11 또는 12 에서의 피크 높이가 다소 낮게 나타났다(Fig. 1). 아밀로펙틴의 평 균분자사슬길이는 백진주1호와 한아름이 드래찬과 고아미4호에 비하여 다소 높게 나타났다. Hanshiro 등(18)은 아밀로펙틴의 가 지 사슬 길이에 따라서 A (DP 6-12), B1 (DP 13-24), B2 (DP 25-36), B3+ (DP ≥37) 사슬로 나눌 수 있다고 보고하였으며 이에 따라 아밀로펙틴 가시사슬길이 분포를 Table 1에 나타내었다. 백 진주1호의 경우 A 사슬은 다른 품종에 비해 낮은 함량을 보였 으며 B1사슬은 가장 높은 함량을 나타냈다. 한아름은 B3+사슬 Table 1. Amylose content, molecular weight of amylose and amylopectin, and amylopectin branch chain length distribution of rice starches

Rice starch

Amylose content

(%)

Molecular weight of

amylose ( ×10

g/mol)

Molecular weight of amylopectin ( ×10

g/mol)

Average chain length of amylopectin

Amylopectin chain length distribution (%) DP 6-12 DP 13-24 DP 25-36 DP ≥37 Baegjinju1 09.7±0.2

1.1±0.2

08.7±1.3

20.7±0.0

27.5±0.1

47.5±0.1

12.0±0.0

13.1±0.1

Hanareum 20.2±0.0

1.8±0.0

14.3±1.3

20.7±0.0

28.2±0.1

46.5±0.0

11.8±0.1

13.5±0.1

Deuraechan

21.1±0.8

5.0±2.8

12.7±1.6

20.3±0.1

29.2±0.4

46.8±0.1

11.3±0.2

12.6±0.2

Goami4 22.4±0.1

6.2±3.5

16.4±1.9

20.2±0.1

29.2±0.8

47.2±0.6

11.1±0.0

12.5±0.2

DP, degree of polymerization.

Different superscripted letters in the same column indicate significant differences ( p<0.05)

Fig. 1. Amylopectin branch chain length distribution of rice starches.

함량이 다른 품종에 비하여 가장 높게 나타나 아밀로펙틴의 긴 사슬을 많이 가지는 것으로 나타났다. 고아미4호와 드래찬은 짧 은 사슬인 A 사슬의 함량이 높고 긴 사슬은 B3+사슬 함량이 낮 게 나타났다. Chávezmurill 등(19)은 아밀로펙틴의 구조적 특성은 쌀전분의 기능적, 물리화학적, 소화율 특성에 영향을 미친다고 보 고하였고 Ma 등(20)도 전분 내 아밀로펙틴의 분자량 및 사슬 분 포도에 따른 구조적 차이는 전분의 이화학적 특성과 쌀 가공식 품의 텍스쳐에도 상당한 영향을 미친다고 보고하였다. 결과적으 로 4가지 쌀 품종 내 전분의 분자량 및 아밀로펙틴의 가지사슬 구조가 다름을 확인할 수 있었고 이러한 분자구조의 차이는 전 분의 이화학적 특성에도 영향을 미칠 것으로 생각된다.

결정 구조적 특성

X 선 회절기를 이용하여 쌀전분의 diffractogram를 Fig. 2A에 나 타내었다. 4가지 쌀품종으로부터 분리된 쌀전분의 X선 회절 양 상은 회절각 17-18°에서 분리되지 않은 두 개의 피크와 15, 20, 23

에서 각각 단일 피크를 보였다(Fig. 2A). 이러한 회절 양상은 쌀전분에서 주로 나타나는 전형적인 A형을 나타냈다. X선 회절 도를 이용하여 계산한 상대적 결정성(relative crystallinity)은 Table

2 에 나타냈으며 4가지 쌀품종의 회절 양상은 비슷하였으나 상대 적 결정성은 차이를 보였다. Wani 등(21)은 찹쌀 전분(48%)은 멥 쌀 전분(37-40%)에 비하여 결정성이 높게 나타나며 아밀로펙틴 의 사슬길이 분포에 영향을 받는다고 보고하였다. 상대적 결정성 은 반찹쌀 특성을 가진 백진주1호가 42.6%로 가장 높았으며 한 아름이 37.2%로 가장 낮았다. 일반적으로 아밀로펙틴은 결정성 에 기인하며 반대로 아밀로스는 아밀로펙틴의 결정 구조를 약화 시키는 것으로 보고되어 있다. 또한 아밀로펙틴의 짧은 사슬인 DP 10-13 의 함량이 높을수록 낮은 결정성을 나타낸다고 보고되 어 있다(22). 백진주1호는 아밀로펙틴이 가장 높았고 또한 아밀 로펙틴의 짧은 사슬인 A 사슬(DP 6-12)이 비교적 낮은 함량을 보였기 때문에 상대적 결정성이 높게 나타난 것으로 생각된다.

쌀전분의 결정 특성을 나타내기 위한 deconvolution된 FT-IR 스 펙트럼(spectrum)은 Fig. 2B에 나타내었다. 4가지 쌀전분의 FT-IR spectrum 은 큰 차이를 나타내지 않았다. FT-IR spectrum에 나타난 1047 cm

과 1022 cm

은 각각 전분입자의 표면 근처의 결정형 영 역과 무정형 영역의 변화에 민감한 것으로 알려져 있다. 또한 그 비율(1047/1022)은 전분 내의 무정형 영역에 대한 결정형 영역의 양을 나타낸다(13,23). 1047/1022는 한아름이 고아미4호에 비해 유의적으로 높은 값을 나타냈다. 고아미4호는 X-ray에 의한 상대 적 결정성과 1047/1022가 비슷하게 낮은 결과를 보였다. 이는 아 밀로스 함량이 높고 아밀로펙틴의 짧은 사슬함량이 높기 때문으 로 생각된다(Table 1). Cai 등(23)도 쌀전분에서 1045/1022의 범위 는 0.548-0.592로 본 연구에서와 유사한 결과값을 보였다.

호화 특성

쌀전분의 호화특성은 DSC를 이용하여 분석하였으며 결과는 Table 2 에 나타내었다. 호화 개시온도 (onset temperature, T

), 최 고온도(peak temperature, T

), 종결온도(conclusion temperature, T

) 는 각각 57.7-60.2, 57.7-60.2, 72.1-76.3

C 의 범위를 나타냈다(Table 2). 백진주1호의 호화 개시온도, 최고온도, 종결온도가 다른 쌀 전 분에 비해 모두 유의적으로 높은 결과를 나타내었다. DSC에 의 하여 나타난 호화 온도는 아밀로펙틴의 구조적 특징에 영향을 받 는 것으로 보고되었다(24). 중합도(DP)가 10 이하인 아밀로펙틴 의 가지사슬은 전분 결정성 내 이중나선 구조의 안정성을 감소 시키기 때문에 아밀로펙틴의 A사슬(DP 6-12)의 함량이 많을수록 호화 온도는 낮아지는 것으로 알려져 있다(24). 백진주1호는 아 밀로펙틴의 A 사슬 함량이 비교적 적었으며(Table 1) 상대적 결 정성이 높은 결과(Table 2)를 나타내었기 때문에 호화 온도가 높 게 나타난 것으로 생각된다. 쌀전분의 호화엔탈피(ΔH)는 14.2-16.3 J/g 의 범위를 보였으며 고아미4호의 호화엔탈피는 다른 쌀전분에 비해 유의적으로 낮았다. 호화엔탈피는 전분의 결정성 내에 존재 하는 이중나선 구조를 붕괴하는데 필요한 에너지로 결정성과 관 련이 있다(24). Kong 등(25)은 겉보기 아밀로스 함량이 T

, T

, T

, Fig. 2. XRD diffractograms (A) and FT-IR spectra (B) of rice

starches.

Table 2. Relative crystallinity, intensity ratio of 1047 to 1022 cm

(1047/1022), and gelatinization properties of rice starches Rice starch Relative crystallinity

(%) 1047/1022 Gelatinization parameters

T

(

C) T

(

C) T

(

C) ΔH (J/g) Baegjinju1 42.6±0.2

0.582±0.031

60.2±0.1

66.6±0.0

76.3±0.2

16.3±0.3

Hanareum 37.2±0.9

0.597±0.009

57.7±0.3

64.4±0.1

72.4±0.1

16.1±0.8

Deuraechan 39.3±0.6

0.553±0.012

59.6±0.1

65.3±0.1

73.6±0.4

15.5±0.1

Goami4

37.9±0.1

0.532±0.014

59.6±0.0

65.1±0.1

72.1±0.0

14.2±0.1

T

, onset temperature; T

, peak temperature; T

, conclusion temperature; ΔH, gelatinization enthalpy.

Different superscripted letters in the same column indicate significant differences ( p<0.05).

ΔH와 음의 상관관계를 갖는다고 보고하였다. 다른 품종에 비하 여 낮은 아밀로오스 함량을 가진 백진주1호는 DSC parameters가 높게 나타났으며 반대로 고아미4호는 아밀로오스 함량이 높기에 ΔH가 낮게 나타났다.

페이스팅 점도 특성

쌀전분의 페이스팅 점도 특성은 RVA을 이용하여 분석하였으 며 얻어진 viscogram은 Fig. 3에 나타내었다. 아밀로오스 함량이 낮은 백진주1호와 아밀로스함량이 높은 고아미4호는 확연하게 페 이스트 점도특성이 다르게 나타났다. 백진주1호는 낮은 페이스팅 온도와 높은 피크점도를 보였으며 그에 비해 고아미4호는 높은 페이스팅 온도와 낮은 피크점도를 보였다(Fig. 3). Viscogram으로 부터 분석한 페이스트 점도 지표들을 Table 3에 나타내었다. 페 이스팅 온도(pasting temperature)는 69.7-87.3%의 범위를 보였으며 백진주1호가 다른 쌀품종에 비하여 가장 낮은 값을 나타냈다. 백 진주1호의 아밀로스 함량이 다른 쌀품종에 비해 낮은 반찹쌀 특 성을 보이며 이는 찹쌀이 멥쌀에 비해 페이스팅 온도가 낮은 결 과와 유사하였다(26,27). 한아름과 드래찬은 아밀로스 함량이 비 슷하지만 페이스팅 온도는 각각 84.5, 71.7

C 로 큰 차이를 나타 냈다. Vandeputte 등(28)은 아밀로펙틴의 짧은 가지사슬(DP 6-12) 은 페이스팅 온도를 감소시키는 반면 긴 아밀로펙틴 가지사슬(DP 12-22) 은 페이스팅 온도를 증가시킨다고 보고하였다. 드래찬의 쌀 전분의 경우 한아름에 비하여 다소 낮은 짧은 사슬(DP 6-12) 함 량을 가졌고 반대로 긴 사슬(DP≥37) 함량은 유의적으로 높았다.

이러한 아밀로펙틴의 가지사슬의 분포 차이는 한아름과 드래찬 의 페이스팅 온도에 영향을 미친 것으로 생각된다.

최고점도(peak viscosity)는 백진주1호(2149 cP)가 가장 높았으 며 고아미4호(1062 cP)가 가장 낮은 최고 점도를 나타내었다. 아

밀로스는 팽윤을 억제하는 반면 아밀로펙틴에 의해 전분의 팽윤 이 일어난다(29). 아밀로스 함량이 낮은 백진주1호가 팽윤이 높 게 되어 최고점도가 높게 나타났으며 그에 비해 고아미4호는 아 밀로스 함량이 높기에 팽윤이 억제되기 때문에 최고점도가 가장 낮게 나타났다. 백진주1호의 강하점도(breakdown)는 1626 cP로 가장 높은 결과를 나타냈다. 이는 아밀로오스 함량이 낮을 때 높 은 최고점도와 강하점도를 갖는다는 보고와 일치하였다(28). 고 아미4호의 최고점도와 강하점도가 백진주1호에 비하여 낮게 나 타난 것은 아밀로스 함량 차이에 기인한다고 볼 수 있다. 아밀로 스 함량이 비슷한 한아름과 드래찬의 강하점도는 각각 682 cP, 964 cP 로 드래찬이 더 높았다. 치반점도(setback)와 최종점도(final viscosity) 는 드래찬이 각각 1050 cP, 1529 cP로 고아미4호나 백진 주1호에 비해 높은 값을 나타냈다.

In vitro 소화율

쌀전분의 in vitro 소화율의 지표인 RDS, SDS 및 RS함량은 Table 4 에 나타냈다. RDS함량은 백진주1호, 한아름, 드래찬, 고아 미4호가 각각 50.6, 43.6, 42.0, 40.2%로 백진주1호가 가장 높은 값을 나타냈다. Chung 등(8)은 전분의 소화율은 아밀로오스 함량 및 아밀로펙틴의 가지사슬의 쌀전분의 분자구조와 연관되어 있 으며 아밀로오스 함량이 증가함에 따라 RDS함량은 낮은 값을 나 타냈다고 보고하였다. 이는 본 연구에서 나타난 RDS함량은 쌀전 분 내 아밀로스 함량 차이에 의한 것으로 생각된다. RDS는 주 로 전분의 무정형 부분, SDS는 전분의 무정형 및 결정형 부분과 연관이 있다(6). SDS함량은 백진주1호가 42.5%로 가장 낮았으며 한아름과 드래찬의 경우 SDS함량이 각각 50.7, 49.9%로 가장 높 은 함량을 보였다. SDS함량은 쌀전분의 아밀로스 및 아밀로펙틴 의 구조적 특성, 결정 특성에 영향을 받은 것으로 보인다. 또한 Fig. 3. RVA viscograms of rice starches.

Table 3. Pasting properties of rice starches

Rice starch Pasting temperature (

C) Peak viscosity (cP) Breakdown (cP) Setback (cP) Final viscosity (cP) Baegjinju1 69.7±0.8

02149±72

1626±72

348±4

871±4

Hanareum 84.5±0.3

01200±16

672±7

0709±20

1237±28

Deuraechan 71.7±0.3

1443±4

964±3

1050±6

0 1529±6

0

Goami4 87.3±0.3

1062±2

768±4

389±2

682±4

Different superscripted letters in the same column indicate significant differences (p<0.05).

SDS 는 RDS에 비하여 혈당 수준을 안정화 해주며 포만감을 오 래 지속해주는 등 다양한 생리적 이점을 가지고 있는 중요한 전 분의 소화율 지표이다(30). 고아미4호는 이미 보고된 바와 같이 RDS 함량은 낮고 RS함량이 높아 혈당 조절에 있어 더 긍정적인 효과를 나타낼 것으로 생각된다. RS함량은 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았지만 아밀로스 함량이 높을수록 RS함량의 절대 값이 증가하는 경향을 보였다.

구조 및 이화학적 특성과 소화율 특성 간의 상관성

피어슨 상관계수 분석에 의한 소화율 특성(RDS, SDS, RS)과 쌀전분 구조 및 이화학적 특성 간의 상관성을 분석한 결과는 Table 5 에 나타내었다. 본 연구에서 RS는 구조 및 이화학적 특성 지표와의 상관성을 보이지 않았다. 그에 비해 RDS함량은 아밀로 스 함량과 음의 상관성(r = −0.879, p<0.01)을 나타냈고 SDS함량 은 아밀로스 함량과 양의 상관성(r =0.732, p<0.05)을 보였다. 아 밀로스 함량이 RDS, SDS 및 RS 함량과 높은 상관성을 가진다 는 보고가 많았다. Chung 등(8)은 아밀로스 함량은 RDS와 음의 상관성을 SDS와 RS와는 양의 상관성을 나타낸다고 보고하였으 며 Zhu 등(31)은 아밀로스 함량은 RDS와는 상관성이 없었으며 SDS 는 음의 상관성, RS와는 양의 상관성을 나타낸다고 보고하 였다. Chavezmurillo 등(19)은 아밀로스 함량이 RDS와는 양의 상 관성을 나타냈으며 SDS, RS와는 상관성을 나타내지 않았으며 이 는 품종 간 아밀로스 함량 차이가 적었기 때문에 소화율 지표와 상관성이 적었다고 보고하였다. 아밀로펙틴의 가지사슬 특성 또 한 소화율과 연관성을 보인다고 보고되었다(8,19). 특히 A 사슬 (DP 6-12) 과 B1사슬 (DP13-24)은 소화율 지표와 높은 상관성을 나타냈다. 본 연구에서는 RDS 지표만이 A사슬과 음의 상관성 (r = −0.824, p<0.05)을 B2 사슬과 양의 상관성(r =0.809, p<0.05) 을 나타냈다(Table 5).

결정 특성의 경우 상대적 결정성(RC)은 RDS와 양의 상관성 (r =0.718, p<0.05) 을 SDS와는 음의 상관성(r = −0.709, p<0.05)을 나타냈다(Table 5). 전분의 무정형 부분은 전분의 소화율에 중요 한 역할을 한다고 보고되었다(32). 결정성은 주로 RDS와 양의 상 관성을, SDS와는 음의 상관성을 나타내는 것으로 알려져 있으며 (8) 본 실험에서 유사한 결과를 나타냈다. 그러나 본 연구에서는 무정형 영역에 대한 결정형 영역을 나타내는 지표인 1047/1022 값(Ratio)은 상관성을 나타내지 않았다(Table 5). 호화 종결온도(T

) 는 RDS와 양의 상관성(r =0.851, p<0.01)을, SDS와는 음의 상관 성(r = −0.708, p<0.05)을 나타냈으며 각각 호화 최고온도(T

) 는 SDS 와 음의 상관성(r = −0.814, p<0.05)을 나타냈다.

Chung 등(8)은 페이스팅 점도 특성을 나타내는 RVA 분석 지 표들은 최종점도와 RS를 제외한 모든 피어슨 상관계수에서 큰 상관성을 나타낸다고 보고하였다. 본 연구에서는 페이스트점도 (PV) 는 RDS와 양의 상관성(r =0.823, p<0.05)을 나타냈으며 강하

점도(BD)는 RDS와 양의 상관성(r =0.772, p<0.05)을, SDS와는 음 의 상관성(r = −0.772, p<0.05)을 나타냈다. 따라서 전분의 구조적 특성 및 이화학적 특성이 RDS와 SDS에 상관성을 보이는 것을 알 수 있었다. RS는 전분의 구조, 이화학적 특성의 지표들과의 상관성을 나타내지 않았는데 이는 쌀전분에서의 RS함량이 다소 낮았고 아밀로스 함량의 범위가 넓지 않았기 때문으로 생각된다.

본 연구에서 얻어진 소화율 특성과 이화학적 특성들과의 상관성 의 결과는 특수용도 쌀품종을 활용한 다양한 제품을 생산할 때 소화율과 품질특성을 예상하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것 으로 생각된다.

요 약

본 연구에서는 국내산 특수용도 쌀품종 내 전분의 분자 및 결 정 구조적 특성과 소화 특성을 분석하고 상관성을 살펴봄으로써 향후 쌀가공식품들을 개발하는 기초자료로 활용하고자 하였다.

백진주1호 전분은 다른 쌀품종에 비하여 아밀로스 함량, 아밀로 펙틴의 분자량, A 사슬 (DP 6-12), 페이스팅 온도, 치반점도, SDS 함량은 유의적으로 낮았으며 아밀로펙틴의 B1 사슬(DP 13-24), 상대적 결정성, 호화온도(T

, T

, T

), 호화 엔탈피(ΔH), 최고점도, 강하점도, RDS 함량이 유의적으로 높은 결과를 나타냈다. 소화 율과 구조 및 이화학적 특성 간의 상관성을 분석한 결과 RDS 및 SDS는 아밀로스 함량, 결정성, 호화 온도와 높은 상관성을 보 였으며 이는 쌀전분의 구조적 특성과 이화학적 특성의 차이가 전 분의 소화율에 영향을 미친 것으로 생각된다. 국내에서 생산된 4 가지 특수용도 쌀품종의 전분 분자 및 결정 구조적 특성, 이화학 적 특성, 및 소화율 특성이 다르게 나타났으며 이러한 결과는 특 Table 4. RDS, SDS and RS contents of rice starches

Rice starch RDS (%) SDS (%) RS (%) Baegjinju1 50.6±4.3

42.5±0.1

6.9±4.2

Hanareum

43.6±2.5

50.7±0.6

8.1±1.5

Deuraechan 42.0±2.2

49.9±1.0

8.0±4.0

Goami4 40.2±0.8

47.4±5.0

13.8±2.3

0 RDS, rapidly digestible starch; SDS, slowly digestible starch; RS, resistant starch.

Different superscripted letters in the same column indicate significant differences ( p<0.05).

Table 5. Pearson correlation coefficient between starch digestibility and the molecular, thermal and pasting properties of rice starches

Parameter RDS SDS RS

AC -0.879** -0.732* -0.501

AvCl -0.701 -0.119 -0.529

A -0.824* -0.325 -0.481

B1 -0.463 -0.450 -0.059

B2 -0.809* -0.366 -0.515

B3+ -0.455 0.141- -0.449

RC -0.718* -0.709* -0.482

Ratio -0.619 -0.104 -0.697

T

-0.319 -0.649 -0.079

T

-0.697 -0.814* -0.269

T

-0.851** -0.708* -0.484

ΔH -0.689 -0.213 -0.557

PT -0.581 -0.407 -0.554

PV -0.823* -0.691 -0.503

BD -0.772* -0.772* -0.375

SB -0.355 -0.651 -0.259

FV -0.133 -0.558 -0.442

* p<0.05, **p<0.01.

AC, amylose content; AvCl, average chain length of amylopectin; A, DP6-12; B1, DP13-24; B2, DP25-36; B3+, DP ≤37; RC, relative crystallinity; Ratio, intensity ratio of 1047 to 1022 cm

; T

, onset temperature; T

, peak temperature; T

, conclusion temperature; ΔH, gelatinization enthalpy; PT, pasting temperature; PV, peak viscosity;

BD, breakdown; SB, setback; FV, final viscosity.

수용도 쌀품종을 활용한 가공제품개발에 기초자료로 활용될 것 으로 기대된다.

감사의 글

본 논문은 2014 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재 단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업(NRF-2014R1A1A1008329) 이며 이에 감사드립니다.

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